www.radartutorial.eu Grundlagen der Radartechnik

Das Prinzip von Radargeräten

Radarprinzip: Ein elektromagnetischer Impuls bewegt sich (mit Lichtgeschwindigkeit) von einer Antenne bis zu einem Flugziel. Dort wird die Energie reflektiert und das Echo bewegt sich mit gleicher Geschwindigkeit zurück und wird von der Antenne empfangen. Die Zeitmessung (im Bild mit einer mitlaufenden Stoppuhr symbolisiert) ermöglicht aus der bekannten Geschwindigkeit die Entfernung des Flugzieles zu errechnen.

Bild 1: Radarprinzip

Das Prinzip von Radargeräten

Das elektronische Prinzip von Radargeräten arbeitet ähnlich wie das in der Akustik zu beobachtende Echo einer Schallwelle. Erfolgt am Ursprungsort ab Beginn der Aussendung eines hochfrequenten Impulses eine Zeitmessung bis zum Eintreffen der Reflexion, so lässt sich mit der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der Abstand zwischen Ursprungsort und Hindernis errechnen.

Werden die Wellen stark richtungsmässig gebündelt, so lässt sich zusätzlich die Richtung, in der sich der Gegenstand befindet, bestimmen. Mit den Werten Entfernung und Richtung ist die Position des Gegenstandes bezogen auf den Ursprungsort, eindeutig ermittelt.

Geräte, die diese Positionsermittlung mittels elektromagnetischer Wellen vornehmen, nennt man RADAR- Geräte. Hierbei handelt es sich um ein aus dem englischen Sprachraum stammendes Kunstwort:

RAdio (Aim)° (Aim) Detecting And Ranging

Dieses Kunstwort wurde offiziell eingeführt etwa November 1940 von den Korvettenkapitänen der US-Marine Samuel M. Tucker und F. R. Furth. Von den Aliierten Streitkräften des 2. Weltkrieges wurde es im Jahre 1943 einvernehmlich angenommen und wurde später auch international akzeptiert. [1]

Dieser Begriff bezeichnet elektronische Geräte, welche die Existenz von elektromagnetische Wellen reflektierender Objekte nachweisen sowie deren Entfernung, Richtung und oft auch Höhe, Kurs und Geschwindigkeit messen können. Da die elektromagnetischen Wellen sich auch in Dunkelheit ausbreiten und Nebel oder Wolken fast ungehindert durchdringen können, kann ein Radargerät die Position von Flugzeugen, Schiffen oder einfach nur Hindernissen auch dann bestimmen, wenn diese Objekte für das menschliche Auge aufgrund zu großer Entfernung, schlechtem Wetter oder Dunkelheit unsichtbar sind.

Moderne Radargeräte können meist viel mehr Informationen aus dem Echosignal eines Zieles gewinnen. Jedoch ist die Berechnung einer Entfernung auf der Grundlage einer Laufzeitmessung das wichtigste Merkmal eines Radargerätes.

Grundsätzlicher Aufbau eines Radargerätes

Das folgende Bild zeigt stark vereinfacht das Prinzip eines Radargerätes. Das Radargerät strahlt mit hochfrequenter Energie das Flugzeug an, die dann dort reflektiert wird und im Radargerät wieder empfangen wird. Die elektromagnetische Energie, die durch die Antenne empfangen wird, wird Echosignal genannt. Die hochfrequente Energie wird durch einen leistungsfähigen Sender erzeugt und mit einem hochempfindlichen Empfänger wieder empfangen.

Bild 2: einfaches Blockschaltbild eines Primärradars

Bild 2: einfaches Blockschaltbild eines Primärradars

Bild 2: einfaches Blockschaltbild eines Primärradars (interaktives Bild)

Arbeitsprinzip

Ein leistungsfähiger Sender erzeugt eine hochfrequente Schwingung. Die Radarantenne strahlt die Impulse der Sendeleistung ab und empfängt in der Zeit zwischen den Sendeimpulsen die Echosignale. Ein hochempfindlicher Empfänger verarbeitet die hochfrequenten Echosignale zu einem Videosignal um und trennt die gewünschten Echosignale von ungewünschten Störsignalen. Der Radarschirm (hier: ein PPI-scope als Sichtgerät) zeigt die aus den Echosignalen erzeugten Videoimpulse an.

Die Reflexion an den Flugzeugen geschieht diffus, das heißt, es wird in viele verschiedene Richtungen reflektiert. Das in Richtung des Radargerätes reflektierte Echosignal wird oft mit dem englischen Begriff Backscatter bezeichnet.

Die Radarinformationen werden traditionell auf einem PPI-Sichtgerät dargestellt, jedoch gibt es auch modernere Sichtgeräte. Das PPI-Sichtgerät zeigt einen rotierenden Auslenkstrahl von der Mitte des Bildschirmes zum Rand und zeigt somit Entfernung und Seitenwinkel des georteten Zieles an.

Signalverlauf im Blockschaltbild:
  • Sender
    Ein leistungsfähiger Sender erzeugt eine hochfrequente Schwingung.
  • Duplexer
    Der Duplexer (ein Sende- Empfangsumschalter) leitet zur Sendezeit die hochfrequente Energie zur Antenne, zur Empfangszeit leitet er die schwachen Echosignale zum Empfänger.
  • Radarantenne
    Die Radarantenne strahlt die Impulse der Sendeleistung ab.
  • Ausbreitung von Funkwellen
    Im freien Raum breiten sich elektromagnetische Wellen geradlinig und mit konstanter Geschwindigkeit aus.
  • Reflektierendes Objekt
    Treffen die elektromagnetische Wellen dann auf ein Objekt mit (möglichst) leitfähiger Oberfläche, so wird ein kleiner Teil von ihnen in Richtung des Radargerätes reflektiert.
  • Radarantenne
    Die Radarantenne empfängt in der Zeit zwischen den Sendeimpulsen die Echosignale.
  • Duplexer
    Der Duplexer leitet zur Empfangszeit die schwachen Echosignale zum Empfänger.
  • Empfänger
    Ein hochempfindlicher Empfänger verarbeitet die hochfrequenten Echosignale, setzt sie zu einem Videosignal um und trennt die Echosignale von unerwünschten Störsignalen.
  • Radarschirm
    Der Radarschirm (hier: ein PPI-scope) zeigt die aus den Echosignalen erzeugten Videoimpulse an. Je länger die Impulse durch die Laufzeit verzögert wurden, desto weiter weg vom Mittelpunkt des Sichtgerätes werden sie dargestellt.
    Die Richtung der Auslenkung auf diesem Bildschirm ist diejenige, in welche die Antenne momentan zeigt.

)° Etwa während der Zeit des Zweiten Weltkrieges wurde das Wort „Aim” (Flugziel) eingefügt. Später wurde es aber wieder weggelassen, da RADAR ja nicht nur Flugziele betrifft.